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2017年11月15日 15:55  来源:中国保温材料网  人气:389

  高寒区水电站碾压混凝土坝段保温方案的优化刘延涛,许政(石河子大学水利建筑工程学院,石河子832003)地现场实际情况,对原上、下游面的保温方案进行了分析和优化,提出对上、下游面喷涂聚氨酯材料的保温方案,在回填土前,应对坝体上、下游面、浇筑水平层面作好临时保温工作,临时保温采用0.03m厚聚氨酯发泡被。利用有限元法对这种方案进行了三维仿真计算,结果表明:本方案的越冬保温效果较好,能够有效地防止上、下游表面混凝土裂缝的产生。

  1工程概况某水电站位于新疆高寒山区,特克斯河中下游河段上,距上游正在建设的上游水利枢纽工程16.2km.本工程是特克斯河干流梯级水电站开发的最末一级,利用上游水利枢纽调节后的下泄水量发电,同时作为上游水利枢纽工程的发电反调节水库。最大坝高49.8m,水库总库容1. 21亿m3,装机容量工程总体布置方案中大坝采用混合坝,碾压混凝土重力坝挡水坝段位于主河床和左岸阶地、右岸阶地,坝顶高程916.0m,防浪顶高程917.2m,坝顶宽度8.0m.坝体剖面为:坝体上游面880. 0m高程至坝顶917.2m高程为垂直面,880. 0m高程至坝基为1:0.2的斜坡面。坝体下游面908.667m以上为垂直面,以下由半径为8.0m的圆弧与下游1:0.75的坝坡连接至坝基。

  坝址地区冬季寒冷,月平均气温在0°C以下接近5个月,夏季气温最高达38°C.工地日变幅常达基金项目:国家自然科学基金项目((0762003)通讯作者:许政(197C-),男,副教授,从事固体力学有限元分析研究;e-mail:slxxzshzu.实测值-单6曲线-双e曲线1519C.这不仅缩短了混凝土的良好浇筑时间,而且还给混凝土的温控带来较大困难。

  2计算模型及边界条件根据圣维南原理,计算模型取沿坝轴线方向河谷中间两横缝之间一段,长15m.基础范围为:在坝踵上游和坝趾下游各取50m,基础深度也取50整体坐标系原点位于坝段上游垂直面和基岩交界处。坝轴线方向为Y轴方向,从左岸到右岸为Z轴负向,从上游面到下游面为X轴正向,铅直向上为Y轴正向。利用ANSYS软件的八节点等参单元slul70号单元进行热分析,在结构分析时将sHd70号单元转化为sUd45号单元,将其剖分为sUd70号单元46880个。

  有限元计算模型如所示。

  碾压混凝土重力坝三维有限元计算模型图Fig.1computationmodelof3一D 3施工情况及参数分析3.1施工情况碾压混凝土重力坝段在每年11月中旬至次年3月中旬因为气温较低而不能施工,每年有效的施工时间为8个月。坝址多年的平均降雨量为488. 8mm,降雨对碾压混凝土的浇筑影响相对较小4.3.2参数分析影响碾压混凝土坝身保温方案的因素有多种,其中主要因素有:碾压混凝土坝浇筑层的厚度,边界气温的变化及浇筑间隙时间段内部得温控措施,碾压混凝土的入仓温度,碾压混凝土的绝热温升值和碾压混凝土的放热系数,且各影响参数的作用相互耦合在一起。3.2.1混凝土厚度的影响依据现场温度实测资料表明,外界气温对混凝土边界的影响在lm范围之内较为显著。如果浇筑的间歇时间小于610d,则超过3m深度处的混凝土温度受外界环境的影响很小,因此,单从温度场看,在碾压混凝土的浇筑过程中,每次累积的厚度应小于3m,这样对散热有利。为了减少温度变化对混凝土的影响,加快施工进度,该碾压混凝土坝段工程采用3m厚的浇筑层。

  322边界条件变化的影响边界条件的变化有2种情况,第1种是散热系数的变化,第2种是边界气温的变化。第1种情况表现为混凝土边界热交换条件的改变,如固一气交换变为固一液交换等。第2种情况变化比较普遍,例如周围空气温度的上升和下降等。

  323混凝土的绝热温升常用的混凝土绝热温升曲线表达式有:单e曲e―,0+62(1―e―~)。绝热温升是都是在初期变化较快,随着时间延长增长率在递减,30d左右达到最大值。

  该水电站工程中水泥中掺入玛纳斯电厂I级粉煤灰,对该混凝土的绝热温升采用了2种形式进行了拟合。是工程实际混凝土绝热温升的测试结果及2种曲线模拟的比较,可以看出采用双曲线更符合实际情况。

  时间/d碾压混凝土绝热温升测试拟合曲线3.2.4放热系数为了研究碾压混凝土的放热系数对坝体混凝土温度变化的影响,在计算中放热系数m分别取0.19和0.32,表面散热系数取0.8,碾压混凝土的入仓温度为0°C,绝热温升为17°C.计算结果表明:当混凝土的放热系取0.32时,早期放热较快,在一定间歇期内散发出的热量也多,12d后在距表面lm深处,放热系数。32要比放热系数0.16散热多,温差4计算方案及结果4.1计算方案方案一:在坝体上、下游表面只回填湿土保温。因为在施工过程中,回填土含有较多水分,因此要按保温效果较差的湿土来考虑。

  方案二:在坝体上游表面越冬面以下2. 5m范围内喷涂8cm厚聚氨酯泡沫,其他部位喷涂3cm厚聚氨酯,下游面仅对越冬面以下2. 5m范围内喷涂8cm厚聚氨酯,再对上、下游表面的其它部分回填湿土保温。

  4.2计算结果及分析仿真分析结果如所示。

  只回填湿土保温时,在越冬面下部2. 5m范围的混凝土在第120天左右出现应力超出控制应力1.8MPa.原因是该部位填土的厚度较薄,不能满足越冬时外界气温下降对混凝土的保温要求,因此,对该部分混凝土必须米取其他措施来保温。

  上游表面出现应力超标现象的另一个原因是计算期第500天之后的蓄水过程影响。上游蓄水以后由于填土被浸泡在水中,计算时上游表面混凝土按第一类边界条件处理,与水温相同;在蓄水初期和越冬期,因水温逐渐降低,从而导致混凝土的应力逐渐增大,进而会出现开裂现象;上游表面的混凝土一旦开裂,在水的压力的作用下,很可能会发展成为深层裂缝,甚至垂直贯穿性裂缝,所以必须采取改进措施以防止该现象的发生。

  从b可以看出:贝体上、下游表面混凝土基本能防止裂缝的出现,在方案一中出现应力超标的部位在采取改进措施后,主拉应力减小,基本能满足许可应力的要求。原因是该部位的混凝土在气温较高时浇筑中采取了水管冷却措施,碾压混凝土的绝热温升速度慢,但持续时间较长,在降温过程中上、下游附近和坝体中部特征点部位温度应力减小。按照SL-314-2004碾压混凝土坝设计规范温控要求,没有超出控制应力1.8MPa,说明该改进方案二合理。

  时间/d 1:方案一b:方案二气温及典型点的温度和应力历时曲线5结语对于9月份以后浇筑的混凝土,考虑到坝址区气温骤降频繁、降温幅度大,建议在坝体上、下游表面覆盖厚度为3cm的临时保温被,以防止出现混凝土表面裂缝。

  上、下游表面填土料要求密实,不允许存在较大空隙,并且在蓄水以前对填土表面应采取防渗措施,以防止施工用水渗入填土而影响其保温效果。

  本文提出的方案二能达到较好的越冬保温效果,也能够有效防止上、下游混凝土表面裂缝的产生。

(完)

 
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